4140 Čelik: Svojstva, Koristi, Svestranost

1. Uvod

4140 čelik je niskolegirani krom-molibden čelik.

Nudi izvrsnu kombinaciju snage, žilavost, I nositi otpor, što ga čini idealnim kandidatom za zahtjevne industrijske primjene.

Ovaj članak istražuje 4140 legirani čelik iz više tehničkih perspektiva, uključujući i njegov kemijski sastav, mehaničko ponašanje, odgovor na toplinsku obradu, obradivost, učinak korozije, i uobičajene upotrebe.

2. Kemijski sastav od 4140 Čelik

Jedinstvena izvedba 4140 čelik potječe iz pažljivo kontroliranog kemijskog sastava:

Element	Težina %	Uloga u svojstvima čelika
Ugljik (C)	0.38–0,43	Povećava snagu i očvrsljivost
Krom (CR)	0.8–1.1	Poboljšava tvrdoću, nositi otpor, i korozije
Mangan (MN)	0.75–1,0	Povećava žilavost i deoksidaciju
Molibden (Mokar)	0.15–0,25	Povećava otpornost na puzanje i dubinu otvrdnjavanja
Silicij (I)	0.15–0,35	Povećava snagu, blago poboljšava žilavost
Fosfor (P)	≤ 0.035	Obično se minimizira kako bi se smanjila krtost
Sumpor (S)	≤ 0.04	Dodano radi obradivosti, ali može smanjiti žilavost

U usporedbi sa sličnim legurama poput 4130 (niži ugljik) i 4340 (viši nikal), 4140 uravnotežuje snagu i obradivost, što ga čini praktičnim i isplativim rješenjem za mnoge strukturne primjene.

3. Fizička svojstva 4140 Čelik

Imovina	Vrijednost	Jedinica	Bilješke
Gustoća	7.85	g/cm³	Tipično za niskolegirane čelike
Modul elastičnosti (E)	~205	GPA	Krutost u napetosti i kompresiji
Modul smicanja (G)	~80	GPA	Korisno za torzijske primjene
Poissonov omjer	0.27–0,30	-	Omjer poprečne i aksijalne deformacije
Toplinska vodljivost	42.6	W/m · k	Na 100 ° C; malo opada s višim temperaturama
Specifični toplinski kapacitet	475	J/kg · k	Otprilike na sobnoj temperaturi
Električni otpor	205	nΩ·m (nano-om metara)	Viši od čistog željeza; niska vodljivost u usporedbi s bakrom
Koeficijent toplinskog ekspanzije	~12.0	µm/m·K (20Raspon od –100°C)	Važan u projektiranju za toplinski ciklus ili dimenzionalnu stabilnost
Talište	1416–1471	° C	Uži raspon zbog legirajućih elemenata

4. Mehanička svojstva 4140 Čelik

Aisi 4140 je svestrani čelik od legure kroma i molibdena poznat po svojoj izvrsnoj mehaničkoj čvrstoći, žilavost, i otpornost na umor.

Oni 4140 svojstva čelika mogu značajno varirati ovisno o uvjetima njihove toplinske obrade (Npr., žarkin, normalizirao, ugasio, ili kaljeno).

Tablica mehaničkih svojstava

5. Ponašanje toplinske obrade 4140 Čelik

Aisi 4140 legirani čelik vrlo je osjetljiv na različite postupke toplinske obrade, što mu omogućuje postizanje širokog spektra mehaničkih svojstava prilagođenih specifičnim inženjerskim primjenama.

Njegov sadržaj kroma i molibdena poboljšava njegovu očvrsljivost, što ga čini posebno pogodnim za postupke kaljenja i popuštanja.

Uobičajeni procesi toplinske obrade

Proces	Tipični temperaturni raspon (° C)	Svrha
Žalost	760–790°C	Usavršava strukturu zrna, omekšava čelik, Poboljšava obradivost
Normaliziranje	870–900°C	Povećava ujednačenost, oplemenjuje strukturu, poboljšava mehaničku konzistenciju
Gašenje	~845–875°C, nakon čega slijedi kaljenje uljem/vodom/polimerom	Stvara martenzitnu strukturu za visoku tvrdoću i čvrstoću
Odmrzavanje	400–650 ° C (naknadno ugasiti)	Podešava tvrdoću, ublažava unutarnji stres, poboljšava duktilnost & žilavost
Istočni temperiranje	Zagrijati na 260–400°C, držati do transformacije	Stvara bainitnu strukturu, smanjuje izobličenje, uravnotežuje snagu-žilavost

6. Obradivost i izrada 4140 Čelik

Obradivost

Materijal 4140 čelik pokazuje umjerenu obradivost u svom žarenom stanju i postaje sve izazovniji kako se tvrdoća povećava.

U žarenom stanju (obično oko 18–22 HRC), može se obrađivati ​​alatima od brzoreznog čelika ili tvrdog metala, dajući dobru završnu obradu površine i prihvatljiv vijek trajanja alata.

Međutim, nakon što je čelik kaljen i poboljšan na više razine tvrdoće (kao što je 30–50 HRC), njegova obradivost se smanjuje.

U ovoj fazi, karbidni alat, manje brzine rezanja, i krute postavke stroja postaju bitne za izbjegavanje trošenja alata i izobličenja dijelova.

Za CNC okretanje, mljevenje, ili operacije bušenja, korištenje odgovarajućih metoda hlađenja—posebice rashladne tekućine—pomaže u raspršivanju topline i poboljšanju evakuacije strugotine.

Jače bušenje 4140 sekcije često zahtijevaju alate s vrhom od kobalta ili karbida, dok kod rezanja očvrslih dijelova može biti bolje od glodanja navoja ili oblikovanja ureznica umjesto uobičajenih ureznica za rezanje.

Zavarivanje

Zavarivanje 4140 čelik zahtijeva oprez zbog visoke prokaljivosti i opasnosti od pucanja.

Kako bi se ublažili ti rizici, prethodno zagrijavanje obratka—obično na 200–400°C ovisno o debljini—toplo se preporučuje.

Održavanje međuprolazne temperature oko 200–300°C pomaže u sprječavanju toplinskog udara i pukotina izazvanih vodikom.

Nakon zavarivanja, komponenta za smanjenje naprezanja na približno 600–650°C pomaže obnoviti duktilnost i smanjiti zaostala naprezanja.

Elektrode s niskim udjelom vodika kao što su E8018-B2 ili ER80S-D2 obično se koriste kao materijal za punjenje kako bi se osigurala kompatibilnost i smanjila poroznost.

U kritičnim primjenama, toplinska obrada nakon zavarivanja (Pwht) je potrebno za održavanje cjelovitosti i žilavosti zavarene zone.

Hladno i toplo oblikovanje

4140 legirani čelik može se hladno obrađivati ​​u svom žarenom stanju, iako njegova veća čvrstoća u usporedbi s niskougljičnim čelicima ograničava njegovu duktilnost.

Mogući su postupci hladnog oblikovanja kao što su izvlačenje i prešanje, ali zahtijevaju veće sile i mogu izazvati zaostala naprezanja koja zahtijevaju kasniju toplinsku obradu.

Vrući rad, uključujući kovanje i vruće valjanje, je povoljniji za čelik 4140.

Idealno područje temperature kovanja je između 900°C i 1200°C, s materijalom koji se tipično obrađuje iznad 850°C.

Nakon toplog oblikovanja, preporuča se normalizacija ili žarenje kako bi se pročistila struktura zrna i pripremio čelik za konačnu strojnu ili toplinsku obradu.

7. Otpornost na koroziju od 4140 Čelik

Dok 4140 legirani čelik ističe se mehaničkom čvrstoćom, nedostaje mu inherentna otpornost na koroziju.

U vlažnom ili morskom okruženju, lako oksidira ako nije zaštićen. Da bi se suprotstavio ovome, površinske obrade kao npr:

• Nitriranje za površinsko otvrdnjavanje i otpornost na oksidaciju
• Crni oksidni premaz za laku zaštitu od korozije
• Galvanizacija ili bojanje u okruženjima visoke vlažnosti

8. Uobičajeni obrasci i standardi

4140 legirani čelik dostupan je u raznim komercijalnim oblicima za različite industrijske primjene.

Dostupnost u različitim oblicima, u kombinaciji sa svojim izvrsnim mehaničkim svojstvima i svestranošću toplinske obrade, čini ga popularnim izborom u standardnim i posebno izrađenim komponentama.

Uobičajeni oblici 4140 Čelik

Proizvođači i proizvođači mogu dobiti 4140 čelik u brojnim oblicima, ovisno o namjeni i potrebnoj obradi:

• Okrugli barovi: Obično se koristi za osovine, igle, zupčanici, i pričvršćivači, okrugle šipke jedan su od najčešće isporučenih oblika čelika 4140 zbog njihove svestranosti u strojnoj obradi i toplinskoj obradi.
• Ravne šipke i ploče: Idealno za izradu alata, habajuće komponente, i strukturnih dijelova koji zahtijevaju velike kontaktne površine.
  Ovi oblici su također prikladni za rezanje plamenom ili obradu vodenim mlazom.
• Kovani prstenovi i diskovi: Koristi se u rotirajućim strojevima visoke čvrstoće kao što su prstenovi ležajeva, spojnice, i prirubnice.
• Šuplje šipke i cijevi: Poželjan u primjenama koje zahtijevaju smanjenje težine uz zadržavanje čvrstoće, kao što su hidraulički cilindri i dijelovi pod pritiskom.
• Blokovi i gredice: Prikladno za strojnu obradu po narudžbi i velike kovane komponente. Oni se obično koriste u proizvodnji kalupa i teškoj industrijskoj opremi.

Industrijske norme i oznake za 4140 Čelik

Standardna organizacija	Oznaka	Regija/Država	Opis
Astm	ASTM A29	Sjedinjene Države	Opće specifikacije za vruće kovane šipke od ugljičnih i legiranih čelika
Astm	ASTM A322	Sjedinjene Države	Specifikacije za šipke od legiranog čelika koje se koriste u mehaničkim primjenama
Astm	ASTM A519	Sjedinjene Države	Specifikacija za bešavne mehaničke cijevi od ugljika i legiranog čelika
SAE	SAE 4140	Sjedinjene Države	Krom-molibden niskolegirani čelik za automobilsku i inženjersku primjenu
Aisi	Aisi 4140	Sjedinjene Države	Često korištena oznaka usklađena sa SAE 4140
U / IZ	1.7225 / 42CrMo4	Europa / Njemačka	Europski ekvivalent prema EN 10083 za kaljenje i popuštanje čelika
On	SCM440	Japan	Japanski ekvivalent za legirani čelik visoke čvrstoće
GB	42CrMo	Kina	Kineski ekvivalent sa sličnim mehaničkim svojstvima

9. Prijave 4140 Čelik

Čelik 4140 je glavni materijal u aplikacijama koje zahtijevaju čvrstoću, žilavost, i otpornost na trošenje pri zamoru i udarnom opterećenju:

• Automobilski: zupčanici, radilice, spone, osovina
• Zrakoplovstvo: komponente stajnog trapa, aktuatori
• Ulje & Plin: obujmice za bušenje, dijelovi hidrauličkog lomljenja
• Proizvodnja: trnovi, umiroviti, kalupi, držači alata

Studija slučaja: U usporednom testu zamora, čelik 4140 Q&Prikazana osovina T zupčanika 10x životni vijek sličnog dizajna od mekog čelika, ističući njegovu dugoročnu vrijednost.

10. Prednosti i ograničenja 4140 Čelik

Prednosti:

• Visok snagu prema težini omjer za strukturalne primjene
• Izvrstan nositi otpor nakon stvrdnjavanja
• Svestrana toplinska obrada odgovor
• Lako dostupan u više oblika i standarda

Ograničenja:

• Nije prikladno za korozivna okruženja bez površinske zaštite
• Zahtijeva pažljivo zavarivanje prakse za izbjegavanje pucanja
• Veći troškovi i složenosti od običnog ugljičnog čelika

11. Zaključak

4140 legirani čelik nudi uvjerljivu mješavinu mehaničke čvrstoće, žilavost, I nositi otpor, što ga čini nezamjenjivim u inženjerskim aplikacijama kritičnim za performanse.

Kada je pravilno termički obrađeno i zaštićeno, pruža izuzetan vijek trajanja u zahtjevnim radnim uvjetima.

Bilo za zrakoplovstvo, energija, ili komponente alata, materijal 4140 čelik ostaje jedan od najpouzdanijih i najsposobnijih materijala u modernoj proizvodnji.

Inženjeri koji razumiju njegovo ponašanje i zahtjeve obrade mogu u potpunosti iskoristiti njegov potencijal.

 

OVAJ je savršen izbor za vaše potrebe za proizvodnjom ako vam treba visokokvalitetna 4140 čelični dijelovi.

Kontaktirajte nas danas!